太陽風(fēng)暴（CME）及其激波的行星際傳播、以及傳播特征如何影響地磁暴的產(chǎn)生和強(qiáng)度是空間天氣研究和預(yù)報(bào)的重要環(huán)節(jié)。近期，劉潁研究員團(tuán)隊(duì)在此研究方向取得了新進(jìn)展。

　　1. 太陽風(fēng)暴行星際傳播統(tǒng)計(jì)分析

　　太陽風(fēng)暴及其激波在日地空間的傳播已有相對(duì)廣泛的研究，但1 AU以外的傳播工作則較少。劉潁研究員團(tuán)隊(duì)結(jié)合日冕儀成像、行星際II型射電暴、多點(diǎn)太陽風(fēng)就地觀測，從統(tǒng)計(jì)角度分析了快速CME在日地空間及1 AU以外行星際傳播演化特征。

　　圖一：CME行星際傳播參數(shù)相關(guān)關(guān)系。（a）激波初速度與減速率；（b）激波減速率與減速時(shí)間；（c）激波初速度與減速時(shí)間；（d）激波減速距離與減速時(shí)間；（e）激波減速距離與減速率；（f）激波初速度與減速距離。

　　此次工作集中分析第23太陽活動(dòng)周的伴隨有持續(xù)長時(shí)間行星際II型射電暴觀測的快CME事件（速度大于1000 km/s）。我們首先詳細(xì)分析了每個(gè)事件的傳播。通過比對(duì)在太陽附近的初速度及其在地球和Ulysses衛(wèi)星處的激波速度，發(fā)現(xiàn)它們?cè)诘竭_(dá)1 AU之前已完成主要減速，之后緩慢減速至Ulysses衛(wèi)星。我們使用劉潁等人（2017）提出的不含有任何自由參數(shù)的簡易解析模型來量化各個(gè)CME的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。該模型假設(shè)主要減速過程發(fā)生在1AU之內(nèi)，減速率為常數(shù)，之后以近常速傳播。每個(gè)事件的傳播輪廓與其行星際II型射電暴觀測基本符合，并且當(dāng)把距離延長至Ulysses衛(wèi)星時(shí)（1.45至5.34 AU不等），發(fā)現(xiàn)這個(gè)解析模型能夠較好地追蹤C(jī)ME在行星際空間的傳播。我們進(jìn)一步從統(tǒng)計(jì)角度給出相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系（圖1）。發(fā)現(xiàn)初速度越大的CME，減速率越大，減速時(shí)間反而越短；所有事件的主要減速距離均在0.6 AU之內(nèi)，驗(yàn)證了快速CME的主要減速過程在到達(dá)地球之前已完成。

　　以上工作以長文形式發(fā)表在The Astrophysical Journal上（19頁），第一作者為研究生趙曉威。審稿人評(píng)價(jià)：“The paper is well written and organized and I have no major issues. I do not need to see it again before publication.”

　　2. 弱CME引起強(qiáng)地磁暴研究

　　弱CME如何產(chǎn)生強(qiáng)地磁暴至今仍不明確。2018年8月20日爆發(fā)了一個(gè)很弱的CME事件，卻產(chǎn)生了第24太陽活動(dòng)周第三大地磁暴（Dst指數(shù)為-174 nT）。磁暴期間，在挪威探測到的地面感應(yīng)電流超出正常水平10倍多。

　　劉潁團(tuán)隊(duì)結(jié)合多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)和方法，對(duì)此弱CME從日冕到1 AU的整個(gè)傳播過程進(jìn)行了追蹤和分析。研究發(fā)現(xiàn)，此CME是由一個(gè)寧靜區(qū)暗條的緩慢爆發(fā)產(chǎn)生，其產(chǎn)生的微弱耀斑持續(xù)時(shí)間竟然長達(dá)24小時(shí)！CME隨后進(jìn)入快慢太陽風(fēng)之間的壓縮區(qū)，其膨脹被抑制，致使其內(nèi)部磁場增強(qiáng)。研究還揭示，CME的磁流繩在低日冕和行星際空間中都發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，并且傾斜角度傾向于和當(dāng)?shù)氐娜涨驅(qū)与娏髌嘁恢拢▓D2）。當(dāng)CME到達(dá)地球時(shí)，其內(nèi)部的增強(qiáng)磁場以及南向的磁流繩軸向磁場造成了意想不到的強(qiáng)烈地磁暴（圖3）。此項(xiàng)研究表明，即使在較弱的太陽活動(dòng)周，慢速CME與快速太陽風(fēng)相互作用仍然可以產(chǎn)生很強(qiáng)的地磁效應(yīng)。

　　以上工作發(fā)表于The Astrophysical Journal，第一作者為研究生陳沖。審稿人評(píng)價(jià): “The paper addresses an interesting topic”, “My congratulation for a very interesting paper”。

　　圖二：磁流繩方向與日冕（上）、1 AU處（下）的日球?qū)与娏髌容^。

　　圖三：地球附近太陽風(fēng)觀測數(shù)據(jù)及Dst指數(shù)。紅線為預(yù)報(bào)到達(dá)地球的時(shí)間。

　　Citations:

　　Xiaowei Zhao, Ying D. Liu*, Huidong Hu, and Rui Wang, Quantifying the Propagation of Fast Coronal Mass Ejections from the Sun to Interplanetary Space by Combining Remote Sensing and Multi-point In Situ Observations, 2019, The Astrophysical Journal, 882, 122

　?。╤ttps://doi.org/10.3847/1538-4357/ab379b）

　　Chong Chen, Ying D. Liu*, Rui Wang, Xiaowei Zhao, Huidong Hu, and Bei Zhu, Characteristics of a Gradual Filament Eruption and Subsequent CME Propagation in Relation to a Strong Geomagnetic Storm, 2019, The Astrophysical Journal, 884, 90 (https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab3f36)

    （供稿：天氣室）